Wstęp

W automatyce, jak i robotyce niezwykle ważne jest pojęcie modelowania. Polega to na tym, że przed przystąpieniem do fizycznej fazy projektowania układu, obiektu regulacji tworzymy jego model matematyczny. Pozwala to na analityczne przeprowadzenie badań nad badanym układem, sprawdzenie jego odpowiedzi, zachowania dla warunków, które w rzeczywistości mogłyby być niebezpieczne, bądź trudne do przewidzenia. Ponieważ pojęcie modelowania stanowi jakby elementarz tej specjalności, przedstawiamy poniżej przykład modelu wahadła matematycznego oraz prostego obwodu elektrycznego i pojęć związanych z modelowaniem.

Pojęcia podstawowe - zagadnienie modelowania

Modelowanie:

Całokształt czynności związanych z budową modelu i prowadzenia na nim badań.

Model:

Uproszczona konstrukcja - np. urządzenia oddająca jego cechy z pewnego punktu widzenia.

Symulacja:

Metoda badawcza pozwalająca poznać właściwości modelu.

Nie zdobywamy wiedzy o jakimś układzie w rzeczywistym eksperymencie, lecz właśnie za pomocą modelu.

Rodzaje modeli

Modele fizyczne:

są zbudowane z tych samych elementów i materiałów, co obiekty rzeczywiste, lecz różniące się np. skalą i mogące stanowić fragment obiektu. (przykładem może być model skrzydła samolotu w tunelu aerodynamicznym).

Modele analogowe:

oddają badaną cechę, choć mogą wyglądać zupełnie inaczej niż w rzeczywistości.

Modele abstrakcyjne:

są tworami czysto matematycznymi.

Przykład modelu analogowego układu mechanicznego

Cm - współczynnik sprężystości

Rm - współczynnik tarcia dynamicznego (zależnego od prędkości).

Chwila początkowa - sprężyna nie napięta:

- opis układu mechanicznego

Model analogowy zbudowany na podstawie równania różniczkowego:

Tabelka analogii pomiędzy dwoma układami:

	Układ mechaniczny	Układ elektryczny
Sygnały	F, v, x	U, i, q
Energia kinetyczna	m	L
Energia potencjalna	Cm	C
Energia strat	Rm	R

Wniosek:

Badając układ elektryczny można z powodzeniem opisać układ elektryczny.

Inne sposoby opisu naszego modelu:

Maszyny analogowe ułatwiają budowę modeli. Posiadają w sobie:

• elementy sumujące sygnały

• elementy całkujące sygnały

• elementy mnożące sygnały przez stałe wartości

• źródła sygnału wzorcowego

• elementy nieliniowe

Maszyny takie pozwalają budować modele dające się opisać równaniami różniczkowymi.

Gdy mamy daną zależność opisującą pewien sygnał wewnętrzny układu: i = f(t, u, i(0), u(0), L, C, R), to:

• Jego badaniem, gdy jest on dany w postaci jawnej (np. równania różniczkowego), zajmują się modele analityczne.

• Gdy ta zależność nie może być wyrażona wprost, a mamy tylko opis całego układu np. w postaci równań, używa się modeli cyfrowych. Pozwala to generować pewne konkretne przebiegi tego sygnału, a nie całe ich rodziny.

Model cyfrowy jest to program pozwalający na podstawie podanych wymuszeń, warunków początkowych i parametrów generować przebiegi występujące w modelu przy pomocy metod numerycznych.

Rodzaje układów, które będą na wykładach rozpatrywane

Układy ciągłe dynamiczne zachowujące się wg równań różniczkowych oraz układy dyskretne (w których przynajmniej jeden sygnał ma charakter dyskretny), opisywane przez równania różnicowe. Układy zdarzeń dyskretnych których stan zmienia się w dyskretnych, losowych chwilach czasu (np. modele sieci komputerowych.)

Cele modelowania

Poznanie właściwości układu, rodzaju odpowiedzi, wpływu zakresu zmian sygnałów wejściowych, występowania oscylacji, parametrów czasowych, stabilności. Szukanie zbioru parametrów dających określone skutki.

Etapy modelowania

1. Wyznaczenie modelu matematycznego

2. Określenie celów

3. Budowa modelu

4. Określenie badań modelowych pozwalających osiągnąć cele modelowania

5. Realizacja badań modelowych

6. Ocena wyników

7. Powtórzenie czynności lub zakończenie badań

Robotyka

Celem tej pracy jest zapoznanie się z podstawowymi zagadnieniami z dziedziny robotyki na przykładzie jednego z najpopularniejszych robotów przemysłowych - robota IRB 1400.

Obecnie przemysł domaga się wysokiej jakości produkcji przy jednoczesnym spełnieniu jednego z kryterium optymalizacji procesu produkcyjnego. Żądania te są spełniane pośrednio przez nowoczesny sprzęt przemysłowy, jakim jest robot IRB 1400.

IRB 1400 jest obecnie niezwykle popularny. Ponad 60 000 robotów tego typu jest instalowanych na całym świecie, w każdym typie działalności przemysłowej. Przemysłowy robot IRB 1400 składa się z dwóch zasadniczych części: sterownika oraz manipulatora.

Manipulator posiada 6 stopni swobody. Poszczególne osie napędzane są silnikami prądu zmiennego i posiadają elektromechaniczne hamulce. Manipulator ma możliwość zainstalowania chwytaka, którego maksymalna masa obciążenia wraz z ładunkiem wynosi 5kg. Sterownik robota posiada wydajną jednostkę centralną oraz dwa dodatkowe komputery obsługujące układy sterowania silników oraz sprzęgi komunikacyjne. Robot posiada złącza RS232, RS422 oraz 2 złącza CAN przeznaczone do obsługi sensorów zewnętrznych, posiada również wejścia i wyjścia analogowe i dwustanowe oraz dodatkowe układy wykonawcze umożliwiające dołączenie dodatkowych, zewnętrznych silników.

Robot może być programowany zarówno w trybie on-line jak i off-line w języku wysokiego poziomu Rapid. Program napisany przy użyciu zewnętrznego komputera może być wczytany przez sterownik ze standardowego dysku 3.5"/1.44MB. Język Rapid posiada bogaty zestaw instrukcji ruchu. Istnieje możliwość sterowania zarówno we współrzędnych wewnętrznych jak i zewnętrznych. Dzięki dużej sztywności konstrukcji oraz dobrej dokładności odtwarzania zadanej trajektorii robot ma szeroki zakres zastosowań.

Po wyposażeniu w odpowiednie urządzenia wykonawcze może służyć do wykonywania operacji montażu, malowania, spawania itp.

Robot IRB 1400 jest też produkowany w wersji pozwalającej na umieszczenie go na płaszczyźnie sklepienia.

Struktura manipulatora IRB 1400

IRB 1400 dzięki swojej konstrukcji jest wytrzymały a zarazem precyzyjny. Oferuje niski poziom hałasu i długie odstępy między rutynowym remontem. IRB 1400 ma zapewniony 50000 godzin bezawaryjnej pracy.

Wymiary robota i przestrzeni roboczej

Sterowanie

Sterowanie robota umożliwia szafa sterownicza oraz specjalny panel sterowniczy stanowiący interfejs z użytkownikiem.

Programowanie

Robota możemy programować za pomocą programu obsługującego panel albo poprzez komputer klasy P.C. Software umożliwia programowanie manipulatora we współrzędnych wewnętrznych i zewnętrznych z orientacją układu pokazaną na rysunku poniżej.

Wprowadzanie nastaw w ukł. współrzędnych wewnętrznych

Polega na wprowadzeniu wartości kątowych nastaw z każdej z sześciu osi robota. Uruchamiając specjalną opcję możemy też w ten sposób uzyskać nastawy efektora.

Wprowadzanie nastaw w ukł. współrzędnych zewnętrznych

Polega na podaniu współrzędnych punktów przestrzeni roboczej robota liczonych we wcześniej opisanej orientacji układu.

Programowanie w trybie off-line

Jest to opcja pozwalająca na programowanie robota, sprawdzenie zaplanowanej trajektorii bez fizycznego ruchu manipulatora. Jest to niezwykle przydatna własność zwłaszcza, gdyż ewentualna pomyłka mogłaby grozić uszkodzeniem mienia lub zdrowia ludzkiego. Opcja ta jest możliwa do realizacji przy użyciu komputera i specjalnego oprogramowania pokazanego poniżej.

Rodzaje konfiguracji sterowania

Specjalne oprogramowanie pozwala nam na programowanie kilku robotów z jednego komputera poprzez sieć. Jest to wygodne rozwiązanie przy programowaniu kilku robotów w trybie off-line.

Robot IRB 1400 jest przykładem najnowszych technik wykorzystywanych w budowie robotów przemysłowych. Pod względem programowania stanowi on przyjazne środowisko pracy dla operatora. Na uwagę zasługują rozwiązania techniczne wykorzystywane w układach wykonawczych oraz sposoby kontroli położenia i jego szybkości. IRB 1400 wykorzystuje tu enkodery oraz prądnice tachometryczne. Stanowią one sygnał sprzężenia zwrotnego dla układu sterowania. Do robota opcjonalnie dołączyć można również stół manipulacyjny. Umożliwia on dodatkową manipulacje obrabianym detalem.

Szukasz gotowej pracy ?

To pewna droga do poważnych kłopotów.

Plagiat jest przestępstwem !

Nie ryzykuj ! Nie warto !

Powierz swoje sprawy profesjonalistom.

---